KR100476631B1 - High storage capacity alloys enabling a hydrogen-based ecosystem - Google Patents

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KR100476631B1
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Abstract

수소 동력 차량 및 내연기관 또는 연료전지 차량에 동력을 공급하기 위하여 처음으로 수소의 저장 및 이송에 이용하는데 적합하고 실용적인 신규한 마그네슘 기본 수소저장합금에 관한 것이다. 이들 우수한 합금은 6중량% 이상의 상당한 수소 저장 용량 및 합금 분말이 300℃에서 2분 내에 그의 총 용량의 80%을 흡수할 정도의 비상한 탈착 속도특성을 갖는다. A novel magnesium base hydrogen storage alloy suitable and practical for use in the storage and transport of hydrogen for the first time for powering hydrogen powered vehicles and internal combustion engines or fuel cell vehicles. These superior alloys have a significant hydrogen storage capacity of at least 6% by weight and exceptional desorption rate properties such that the alloy powder absorbs 80% of its total capacity within 2 minutes at 300 ° C.

Description

수소-베이스 에코시스템을 가능하게 하는 고 저장 용량 합금{HIGH STORAGE CAPACITY ALLOYS ENABLING A HYDROGEN-BASED ECOSYSTEM}HIGH STORAGE CAPACITY ALLOYS ENABLING A HYDROGEN-BASED ECOSYSTEM

본 발명은 일반적으로, 다음 천년 이상동안, 가장 풍부하고, 궁극적인 연료원인 수소를 최초로 실질적으로 사용하게 할 수 있는 혁명적이고 신규한 수소 저장 화합물에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 모든 필요한 속성을 결합하여, 수소의, 예를 들면 그러나 이에 제한되지 않지만, 동력 내부 연소 엔진 또는 연료 셀 기관으로의 안전하고 효율적인 저장, 수송 및 전달을 가능케하는 시스템을 형성할 수 있게 하는 수소 저장 화합물의 사용이 개시되어 있다.The present invention generally relates to a revolutionary new hydrogen storage compound that enables the first practical use of hydrogen, the most abundant and ultimate fuel source, for the next millennium or more. More specifically, all the necessary attributes can be combined to form a system that enables the safe and efficient storage, transport and delivery of hydrogen to, for example, but not limited to, a powered internal combustion engine or fuel cell engine. The use of hydrogen storage compounds is disclosed.

본 출원은 처음으로, 이전에는 해결할 수 없다고 여겨졌던 화학적, 물리적, 전기적 및 촉매적 장벽을 극복하는 수소 저장 화합물을 개시한다. 본 발명은 일반적 및 구체적으로, 안정하고 효율적인 수소의 저장을 가능케 할 정도의 빠른 동력학을 갖는 충분한 수소저장용량을 가지고 동력 내부 연소 엔진 및 연료 전지 기관 등의 수소 기본 생태계에 연료를 제공하는 지금까지 해결하지 못하였던 문제를 해결하는 것에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 "궁극적 연료"의 사용을 방해하였던 두가지의 기본적인 장벽, 즉 수소 저장 용량 및 수소 인프라구조를 해결하였다. 상기 인프라구조 문제는 일단 기준에 맞는 저장 물질이 있으면 해결될 수 있는데, 그 이유는 수소는 고체 형태일 때, 즉시 인프라구조를 형성하여 보트, 거룻배, 기차, 트럭 등을 통해 안전하게 이송될 수 있기 때문이다. "근원으로부터 휠(source to wheel)"로의 완전한 인프라구조 시스템은 공동 계류 중인 1999년 11월 22일 출원된 미합중국 출원 일련 번호 제 09/444,810 호의 요지이다. 또한, 본 발명의 합금들의 사용은, 이들의 초-고 용량 때문에, 300 마일의 범위를 초과하는 자동차를 제공함으로써 가솔린에 대한 사회의 의존 문제를 해결한다.The present application discloses for the first time a hydrogen storage compound that overcomes chemical, physical, electrical and catalytic barriers that were previously considered insurmountable. The present invention is generally and specifically addressed so far to provide fuel for hydrogen basic ecosystems, such as power internal combustion engines and fuel cell engines, with sufficient hydrogen storage capacity with fast dynamics to enable stable and efficient storage of hydrogen. It is about solving problems that could not be solved. In addition, the present invention solves two basic barriers that prevented the use of the "ultimate fuel": hydrogen storage capacity and hydrogen infrastructure. The infrastructure problem can be solved once there is a storage material that meets the criteria, since hydrogen, when in solid form, can immediately form an infrastructure and be safely transported by boat, lighter, train, truck, etc. to be. The complete infrastructure system from “source to wheel” is the subject matter of US application serial number 09 / 444,810, filed November 22, 1999, which is co-pending. In addition, the use of the alloys of the present invention, due to their ultra-high capacity, solves the problem of social dependence on gasoline by providing motor vehicles over the range of 300 miles.

여기에서 본 발명자들은 다-원소 Mg-베이스 수소 저장재들을 하나의 계로 간주하여 수소 저장 합금을 설계하는 기본적인 수단을 상세히 개시한다. 이들 다-원소 합금들은, 조성적 무질서가 생성되고 또한 원하는 국소적인 화학적 질서가 형성되도록, 비-평형 방식으로 제조될 수도 있다. 본 발명의 일 양태는 변형된 Mg-기본 수소 저장 합금에 관련된다. 본 발명자들은 수소 저장 용량이 약 6 중량% 이상이며 비상한 반응과정을 갖는 Mg-기본 합금을 최초로 생산하였다. 상기 재료를 하나의 계로서 간주하고, 따라서 표면 등의 필요한 촉매적 국소 질서 환경을 제공하는 방식으로, Stanford R. Ovshinsky (본 발명자들 중 일 인)에 의해 제안된 화학적 개질제(modifiers) 및 무질서와 국소적 질서의 원리를 이용하며, 동시에 저장 및 고속 충/방전 사이클링의 벌크 특성을 설계함으로써, 이러한 혁신적인 진전이 가능하게 되었다. 즉, 이들 원리는 입자 및 그레인의 크기, 형태, 표면 상태, 촉매 활성, 미세구조 및 저장 용량에 대한 전체 상호작용 환경들을 조절함으로써 상기 재료의 제조를 가능케 한다.Here we describe in detail the basic means of designing a hydrogen storage alloy, considering the multi-element Mg-base hydrogen storage materials as a system. These multi-element alloys may be produced in a non-equilibrium manner such that a compositional disorder is created and the desired local chemical order is formed. One aspect of the invention relates to a modified Mg-based hydrogen storage alloy. We first produced Mg-base alloys with hydrogen storage capacity of about 6% by weight or more and having an unusual reaction process. Chemical modifiers and disorders proposed by Stanford R. Ovshinsky (one of the inventors) in a manner that regards the material as a system and thus provides the necessary catalytic local order environment, such as surfaces. By utilizing the principles of local order and simultaneously designing the bulk characteristics of storage and fast charge / discharge cycling, this revolutionary progression is made possible. That is, these principles enable the manufacture of the material by controlling the overall interaction environments on the size, morphology, surface state, catalytic activity, microstructure and storage capacity of the particles and grains.

세계 인구가 증가되고 세계의 경제가 확대됨에 따라, 이산화탄소의 대기중의 농축은 지구를 온난화하여 기후 변화를 초래하고 있다. 그러나, 전세계의 에너지계는 연소하여 해로운 가스를 생성하는 탄소-풍부 연료로부터 꾸준히 벗어나고 있다.전문가들은 이산화탄소의 대기중 농도가 다음 세기 말에는 전-산업 시대의 그것의 두 배가 될 것이며, 또한 이 농도는 100년 이상 지속되어 온 저-탄소 연료를 추구하는 경향에도 불구하고 보다 높아질 것이라고 말한다. 게다가, 화석 연료는 오염을 야기하며 국가 간의 전략적 군사전의 유발 요소이다.As the world's population grows and the world's economy expands, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere is warming the planet, causing climate change. However, energy systems around the world are steadily escaping from carbon-rich fuels that burn and produce harmful gases. Experts believe that the atmospheric concentration of carbon dioxide will double that of the pre-industrial era by the end of the next century. Says it will be higher despite the trend toward pursuing low-carbon fuels that have been around for over 100 years. In addition, fossil fuels cause pollution and are a source of strategic military warfare between nations.

약 한 세기 반 동안, 많은 양의 탄소를 포함한 연료는 점진적으로 탄소를 보다 적게 포함하는 것들로 짐진적으로 대체되어 왔다. 탄소가 풍부한 일급 목재는 19세기 후반에 적은 탄소를 포함하는 석탄에 의해 대체되었다. 그리고, 저 탄소 함량 증류를 갖는 석유가 1960년대에 "킹 석탄 (King Coal)"을 몰아내었다. 현재 분석가들은 탄소중에서 낮은 비중의 증류인 천연 가스가 전성기를 맞을 것이며, 전혀 탄소를 포함하지 않는 연료를 제공하는-수소의 날이 마침내 도래할 것이라고 말한다. 결과적으로, 전문가들은 오늘날의 세계 경제는 그것이 1860년에 연소하였던 생산된 에너지의 단위당 탄소량의 2/3 보다 적은 에너지당 탄소량을 연소한다고 판단한다.For about a century and a half, fuels containing large amounts of carbon have been gradually replaced by those containing less carbon. Carbon-rich primary timber was replaced by coal containing less carbon in the late 19th century. And petroleum with low carbon content distillation drove the "King Coal" in the 1960s. Analysts now say that natural gas, a low specific gravity distillation of carbon, will hit its heyday, and the day of hydrogen--providing fuel that contains no carbon at all--will finally come. As a result, experts believe that today's global economy burns less carbon per energy than two-thirds of the carbon produced per unit of energy it burned in 1860.

미합중국에서는, 보다 높은 에너지 효율과 결합된 저-탄소 연료로의 경향에 의해 1950년 이후 각 경제생산 단위에 대하여 배출된 탄소량이 약 절반으로 줄어된 것으로 판단된다. 그래서, 에너지 시스템의 탄소제거가 지난 20년 동안의 이 시스템의 분석으로부터 나오는 유일하고 가장 중요한 요소이다. 이러한 점진적인 변화에 의해 21세기 말까지 무-탄소 에너지 시스템이 만들어 질 것이라고 예측되어 왔다. 본 발명은 그 기간을 수년의 문제로 단축한다. 가까운 시기에, 수소는 그것이 궤도 우주선에 동력을 이미 제공한 것과 마찬가지로, 자동차, 트럭 및 산업 설비의 연료 전지에 사용될 것이다. 그렇지만, 궁극적으로 수소는 또한 모든 연료 부족을 충족시킬 일반적인 무-탄소 연료를 제공할 것이다.In the United States, the trend toward low-carbon fuels combined with higher energy efficiency is estimated to have reduced carbon emissions to about half of each economic production unit since 1950. Thus, carbon depletion of energy systems is the only and most important factor from the analysis of these systems over the past 20 years. This gradual change is expected to produce carbon-free energy systems by the end of the 21st century. The present invention shortens the period to several years. In the near term, hydrogen will be used in fuel cells in automobiles, trucks, and industrial equipment, just as it already powers orbital spacecraft. Ultimately, however, hydrogen will also provide a common carbon-free fuel that will meet all fuel shortages.

최근 신문 기사로부터 알 수 있듯이, 특히 미국내에서의 큰 회사들은 지구가 온난화되어 가고 있다는 주장을 오랜동안 의심하여 왔으며, 또한 기후 변화의 과학을 큰 소리로 부인하여 왔다. 전기 공익사업체들은, 기후 변화에 대한 국제 협약이 경제성장을 저해하고 일자리를 잃게 할 것이라는 일반인들사이의 걱정을 복돋우려고 시도하기까지 했다. 그러므로, 두개의 대규모 유럽 오일 회사인, Royal Dutch/Shell 및 BP Amoco와 같은 세계 굴지 회사들중의 일부회사는 한 때 이론(heresy)이라고 여겼던 것:지구온난화는 현실로 존재하며 즉각대응이 필요하다는 것을 이제 솔직하게 말하는 것은 매우 고무적이다. 다수의 미국 공익사업체들은 그들의 발전소에 의한 대기 오염을 감소시키는 방안을 찾는데 서명하였다. 세계 최대의 화학회사인 DuPont사는 향후 10년 안에 자발적으로 그린하우스 가스의 방출을 1990년대의 수준의 약 35 수준으로 감소시키겠다고 선언까지 하였다. 그린하우스 가스 및 다른 공해물질의 방출에 대한 상당한 원인제공자(차량규격의 배출량 감소에도 불구하고)인 자동차 업체들도 그들의 전기 및 혼합 자동차에 의해 입증된 바와 같이 변화가 필요하다는 것을 이제 깨달았다. 이 분야에서, 본 발명의 양수인은 전기 및 병합 자동차를 구현하기 위하여 오보닉 니켈 금속 수소 건전지(Ovonic nickel metal hydride battery)를 개발하였다. As you can see from a recent newspaper article, large companies, especially in the United States, have long doubted the global warming claim and have loudly denied the science of climate change. Electric utility companies have even attempted to arouse worries among the public that an international agreement on climate change will hamper economic growth and lead to job loss. Therefore, some of the world's leading companies, such as the two large European oil companies, Royal Dutch / Shell and BP Amoco, once considered it heresy: Global warming is real and needs immediate response. It is very encouraging to say things honestly now. Many US utilities have signed on to find ways to reduce air pollution from their power plants. DuPont, the world's largest chemical company, has voluntarily declared its commitment to reduce greenhouse gas emissions to about 35 levels in the 1990s in the next decade. Automakers, who are significant contributors to the release of greenhouse gas and other pollutants (despite emissions reductions in vehicle standards), have now realized that change is needed, as evidenced by their electric and hybrid vehicles. In this field, the assignee of the present invention has developed an Ovonic nickel metal hydride battery to implement electric and combined vehicles.

신뢰할만한 산업정보원으로부터 발췌된 도1은 나무 사용의 1800년대 초반으로부터, "수소" 경제가 시작되는 약 2010년 까지의 시간의 함수로서 무-탄소 환경으로의 사회의 변화를 보여주는 그래프이다. 1800년대에는, 연료는 탄소에 대한 수소의 비율이 0.1에 불과한 나무가 주종이었다. 사회가 석탄이나 오일의 사용으로 변화됨에 따라, 탄소에 대한 수소의 비율은 초기 1.3에서 2로 증가하였다. 현재 사회는 탄소에 대한 수소의 비율이 4로 한층 증가된 메탄의 사용에 더 가깝게 조금씩 움직이고 있다. 하지만, 사회를 위한 궁극적인 목표는 무-탄소 연료, 즉, 원소들 중 가장 흔한 원소인 순수한 수소를 사용하는 것이다. 장애물은 고체 상태 저장능력 및 하부 기반(infrastructure)의 결여이었다. 본 특허 출원의 발명자들은, 순수 수소를 저장하고, 이송하며 전달하는 처음으로 안정하고 높은 용량 수단을 가능케 하는 뛰어난 흡착/탈착 반응속도를 가진 7% 저장 재료(추가적 연구 노력에 의해 한층 더 향상이 가능할 것임)을 발명함으로써 상기 장애를 극복하였다.Excerpted from a reliable industry source, FIG. 1 is a graph showing the change of society into a carbon-free environment as a function of time from the early 1800s of tree use to about 2010 when the "hydrogen" economy began. In the 1800s, fuel was predominantly wood with a hydrogen-to-carbon ratio of only 0.1. As society changed with the use of coal or oil, the ratio of hydrogen to carbon increased from the initial 1.3 to two. Today, society is moving closer to the use of methane, which has increased its carbon-to-hydrogen ratio to four. However, the ultimate goal for society is to use carbon-free fuels, pure hydrogen, the most common of the elements. Obstacles were the solid state storage capacity and lack of infrastructure. The inventors of the present patent application found that 7% storage materials with excellent adsorption / desorption reaction rates that enable a stable and high capacity means for the first time to store, transport and deliver pure hydrogen may be further improved by further research efforts. To overcome the obstacle.

수소는 '궁극적 연료"다. 사실상, 대부분의 사람들에게 수소는 다음 천년동안의 "바로 그" 연료로서 인식되고 있으며, 고갈되지 않는다고 인식되어진다. 수소는 우주에서 가장 풍부한(95% 이상) 원소이고 "우주생성때의 대폭발"에 의해 형성된 최초의 원소이다. 수소는, 물을 수소 및 산소로 분해하는 다양한 과정을 통해 생산될 수 있는 지구를 위한 고갈되지 않고, 깨끗한 에너지원을 공급할 수 있다. 수소는 고체상 형태로 저장되고 전달될 수 있다. 본 특허 출원에 의해, 수소에 기초한 경제를 위한 완전한 발생/저장/수송/배달 체계를 고안하는 것이 가능케 되었다. 예를 들면, 미합중국 특허 제 4,678,679 (참고로 본 발명에 포함되어 개시됨)에서 설명된 태양전지와 같은, 경제성이 있고 경량의 삼-접합 비정형 실리콘 태양전지(본 발명의 발명자중의 한 명인 Stanford R. Ovshinsky에 의해 개발된 발명)는 물(水)체에 인접하여 용이하게 놓여질 수 있으며, 여기서 태양전지의 고유의 높은 개방 회로전압이 물을 그의 구성가스들로 분해시키고 생성된 수소를 수집하는 데 사용될 수 있다. 또한, 이러한 고 효율 태양 전지 판넬을 근처 농장, 물속 또는 지상에 위치시킴으로써, 전기가 생성되어, 여기에 제시된 본 발명의 수소화금속 합금들을 포함하는 수소화 금속 저장 층들 내로 수소를 전달하고 불어놓을 수 있다. 상기 합금들의 초고 용량에 의해 이 수소가, 최종 사용을 위한 안정하고 경제적인 형태로서 수송선, 유조선, 기차 또는 트럭에 의한 수송을 위한 고체형태로 저장될 수 있다. 에너지는 현대의 어떤 사회에서든지 삶과 문명의 기본적으로 필요한 것이며, 여기서 제시한 방식으로 수소를 에너지의 기본원으로 사용함으로써, 화석연료의 지배를 위한 분쟁이 종식될 것이다. "유전으로부터 바퀴(from well to wheel)" 대신에, 지금 인용된 구절은 "원천으로부터 바퀴(from source to wheel)"가 될 것이다.Hydrogen is the “ultimate fuel.” In fact, for most people, hydrogen is recognized as the “just” fuel for the next millennium and is not depleted. Hydrogen is the most abundant (95% or more) element in the universe. It is the first element formed by the “big explosion in space creation.” Hydrogen can provide a clean, depleted, clean energy source for the planet that can be produced through various processes of breaking water into hydrogen and oxygen. Can be stored and delivered in solid phase form.The present patent application makes it possible to devise a complete generation / storage / transportation / delivery system for a hydrogen-based economy, see, for example, US Pat. No. 4,678,679 (cf. An economical and lightweight three-junction amorphous silicon solar cell, such as the solar cell described in the present disclosure, disclosed by one of the inventors of the present invention The invention developed by Stanford R. Ovshinsky) can be easily placed adjacent to a water body, where the high open circuit voltage of the solar cell decomposes water into its constituent gases and In addition, by placing such a high efficiency solar panel on a nearby farm, in the water or on the ground, electricity is generated to deliver hydrogen into the metal hydride storage layers comprising the metal hydride alloys of the invention presented herein. The ultra-high capacity of these alloys allows this hydrogen to be stored in solid form for transport by transport, tanker, train or truck as a stable and economical form for end use. In any modern society, life and civilization are fundamentally necessary, and hydrogen is the basic source of energy By using a, instead of the dispute for the domination of fossil fuels it will be ended. "Wheels (from well to wheel) from the genetic", a phrase quoted Now would be a "wheels (from source to wheel) from the source."

과거부터 수소에 대하여 연료 또는 연료대체물로서 상당한 관심을 기울여왔다. 세계의 석유매장량은 고갈될 수 있지만, 수소의 공급은 사실상 무제한이다. 수소는 석탄, 천연 가스 및 다른 탄화수소로부터 제조되거나 또는 바람직하게는, 주로 수소로 구성되고 그 자체가 거대한 수소 "용광로"로 여겨지는 태양으로부터의 에너지를 통한, 물의 전기분해에 의해 생성될 수 있다. 더욱이, 수소는 화석 연료의 사용없이, 핵 또는 태양 에너지 또는 어떤 다른 형태의 경제적 에너지 (예, 바람, 파도, 지열 등)을 사용한 물의 전기 분해 등에 의해 생산할 수 있다. 더군다나, 수소는 현재 석유보다 더 비싸지만, 본래 저가의 연료이다. 수소는 어떠한 화학 연료 중에서도 가장 높은 단위 중량 당 에너지 밀도를 가지며, 수소를 "연소함에(burning) 따른" 주 부산물이 물이기 때문에 근본적으로 무-공해성이다. 따라서, 수소는 개도국을 돕는 수단을 제공할 뿐만 아니라, 기후변화, 오염, 오일에의 전략적 의존성 등의 세계 에너지 관련 문제들의 많은 것을 해결하는 수단이다.In the past, considerable attention has been paid to hydrogen as a fuel or fuel substitute. World oil reserves may be depleted, but the supply of hydrogen is virtually unlimited. Hydrogen can be produced from coal, natural gas, and other hydrocarbons or, preferably, by electrolysis of water, via energy from the sun, which consists primarily of hydrogen and is itself considered a huge hydrogen "furnace". Moreover, hydrogen can be produced without the use of fossil fuels, by electrolysis of water using nuclear or solar energy or any other form of economic energy (eg, wind, waves, geothermal, etc.). Moreover, hydrogen is more expensive than oil at present, but it is inexpensive. Hydrogen has the highest energy density per unit weight of any chemical fuel, and is essentially pollution-free because the main by-product of "burning" hydrogen is water. Thus, hydrogen not only provides a means to help developing countries but also solves many of the world's energy related issues, such as climate change, pollution and strategic dependence on oil.

수소는 연료로서 광범위한 잠재 적용성을 가지만, 수소 이용에서의, 특히 차량의 동력 등의 자동차의 용도에서의, 주요한 단점은 기준에 맞는 경량 수소 저장 매개체의 부재이었다.Hydrogen has a wide range of potential applications as fuel, but the major drawback in the use of hydrogen, particularly in the use of automobiles such as the power of a vehicle, has been the lack of a lightweight hydrogen storage medium that meets the criteria.

수소를 압축 가스로 저장하기 위하여는 크고 무거운 용기의 사용을 필요로 한다. 일반적인 디자인의 강 용기 또는 탱크에서는, 수소가 136 기압의 전형적인 압력으로 탱크에 저장되었을 때, 총 중량 중 단지 약 1%가 수소가스로 구성된다. 가솔린과 비교하여 동등한 양의 에너지를 얻기 위해서는, 수소 가스의 용기는 가솔린 용기의 약 30배의 중량을 가진다. 부가적으로, 수소를 압축 가스로 저장하는 데는 대형의 고가 압축기가 요구된다.The storage of hydrogen as compressed gas requires the use of large and heavy containers. In a steel vessel or tank of a typical design, when hydrogen is stored in the tank at a typical pressure of 136 atmospheres, only about 1% of the total weight consists of hydrogen gas. In order to obtain an equivalent amount of energy compared to gasoline, the vessel of hydrogen gas has a weight of about 30 times that of the gasoline vessel. In addition, large expensive compressors are required for storing hydrogen as compressed gas.

수소는 또한 액체로 저장될 수 있다. 그러나 액체로서의 저장은 수소의 극단적인 가연성 때문에 자동차용 연료로 사용할 시에 심각한 안전성 문제를 나타낸다. 액체 수소는 또한 -253℃이하의 극 저온에서 유지되어야 하고, 누설시에는 고 휘발성이다. 더욱이, 액체 수소는 생산하기가 비싸고, 액화 과정에 필요한 에너지가 수소 연소에 의해 생성되는 에너지의 주요 비율이다. 액체로서 저장의 다른 결점은 증발로인한 수소의 상당한 손실이며, 이는 하루당 5% 정도로 크다.Hydrogen can also be stored as a liquid. However, storage as a liquid presents serious safety problems when used as a vehicle fuel due to the extreme flammability of hydrogen. Liquid hydrogen should also be kept at extremely low temperatures below -253 ° C and is highly volatile on leakage. Moreover, liquid hydrogen is expensive to produce, and the energy required for the liquefaction process is a major proportion of the energy produced by hydrogen combustion. Another drawback of storage as a liquid is the significant loss of hydrogen due to evaporation, which is as high as 5% per day.

고체 수소화물로서의 수소 저장은 압력 탱크에의 압축 가스 또는 액체로서의 저장보다 더 많은 퍼센트의 중량 저장을 제공할 수 있다. 또한, 고체 수소화물로의 수소 저장은 안전하고, 가스 또는 액체로서 용기에 저장되었을 때 야기되는 어떠한 안전문제도 발생하지 않는데, 이는 수소가 고체 수소화물 형태로 저장되었을 때가 가장 낮은 자유 에너지 상태이기 때문이다. 바람직한 수소 저장 물질은 물질의 중량에 대한 고저장 용량, 적절한 탈착(desorption) 온도, 양호한 반응 속도, 양호한 가역성, 수소 가스 내에 존재하는 것을 포함한 오염물질에 의한 중독에 대한 저항성을 가져야하고 그리고 상대적으로 저비용이어야 한다. 만일 물질이 이들 특성의 어느 하나라도 갖지 않는다면, 광범위한 상업적 이용에는 적합하지 않을 것이다.Hydrogen storage as a solid hydride can provide more percent weight storage than storage as a compressed gas or liquid in a pressure tank. In addition, storage of hydrogen as a solid hydride is safe and does not cause any safety problems caused when stored in a container as a gas or liquid because it is the lowest free energy state when hydrogen is stored in solid hydride form. to be. Preferred hydrogen storage materials must have a high storage capacity with respect to the weight of the material, an appropriate desorption temperature, good reaction rate, good reversibility, resistance to poisoning by contaminants, including those present in hydrogen gas, and relatively low cost Should be If the material does not have any of these properties, it will not be suitable for a wide range of commercial uses.

물질의 단위 중량당 고 수소 저장 용량은, 수소화물이 정상상태가 아닌 용도에서는 중요한 고려 사항이다. 물질의 중량에 대한 낮은 수소 저장 용량은 마일리지(mileage) 및 그래서 차량의 범위를 감소시켜, 그러한 물질의 사용을 비실용적으로 만든다. 낮은 탈착 온도(300℃ 부근에서)는 수소의 방출에 필요한 에너지 양을 줄이는데 바람직하다. 더 나아가서, 저장된 수소를 방출하는데 상대적으로 낮은 탈착 온도는 자동차, 기계류, 또는 다른 유사 장치로부터의 이용 가능한 배기열을 효과적으로 이용하는 데 필요하다. 동시 계류 중인 미국 특허 출원 제 09/444,810에는 300℃ 범위에서의 온도가 경제적으로 이용될 수 있는 열 관리 시스템이 기재될 것이다.High hydrogen storage capacity per unit weight of material is an important consideration in applications where hydrides are not in steady state. Low hydrogen storage capacity relative to the weight of the material reduces mileage and thus the range of the vehicle, making the use of such material impractical. Low desorption temperatures (near 300 ° C.) are desirable to reduce the amount of energy needed to release hydrogen. Furthermore, relatively low desorption temperatures for releasing stored hydrogen are needed to effectively utilize the available exhaust heat from automobiles, machinery, or other similar devices. Co-pending US patent application Ser. No. 09 / 444,810 will describe a thermal management system in which temperatures in the 300 ° C. range can be used economically.

양호한 가역성은 수소 저장물질로 하여금 그의 수소 저장 용량의 심각한 손실 없이 반복적 흡수-탈착을 가능하게 하는데 필요하다. 양호한 반응 속도는 상대적으로 짧은 시간 주기 내에 수소가 흡수 또는 탈착될 수 있도록 하는데 필요하다. 물질이 제조 중에서 그리고 이용될 때 겪을 수 있는 중독에 대한 저항성은 신뢰 성능의 열화를 방지하는 데 요구된다.Good reversibility is necessary to enable the hydrogen storage material to be capable of repeated absorption-desorption without serious loss of its hydrogen storage capacity. Good reaction rates are necessary to allow hydrogen to be absorbed or desorbed within a relatively short time period. The resistance to poisoning that a material may experience during manufacture and when used is required to prevent degradation of reliability performance.

공지의 금속 호스트(host) 수소 저장재는 마그네슘, 마그네슘 니켈, 바나듐, 철-티타늄, 란탄늄, 펜타니켈(pentanickel) 및 이들의 합금을 포함한다. 그러나, 공지의 어떠한 재료도 동력 산업을 혁신하고 수소를 흔한 연료로 만드는 광범위한 상업적 이용를 갖는 저장 매개체에 수소가 적합하도록 만드는 상술한 문제들을 해결하지 못하였다.Known metal host hydrogen storage materials include magnesium, magnesium nickel, vanadium, iron-titanium, lanthanum, pentanickel and alloys thereof. However, none of the known materials has solved the above-mentioned problems that make hydrogen suitable for storage media with a wide range of commercial uses that revolutionize the power industry and make hydrogen a common fuel.

따라서, 많은 금속 수소화물 시스템이 제안되어 왔지만, 마그네슘이 7 중량% 이상의 수소를 저장할 수 있기에 마그네슘 시스템이 집중적으로 연구되어 왔다. 마그네슘은 많은 양의 수소를 저장할 수 있는 반면, 그의 근본적인 문제는 극단적으로 낮은 반응 속도이다. 예를 들면, 마그네슘 수소화물은 다음식으로 계산한다면, 이론적으로 대략 7.6 중량%에 수소를 저장할 수 있다: 저장 퍼센트=H/M+M, 여기서 H는 저장된 수소의 중량이고, M은 수소를 저장할 재료의 중량이다(이하에서 언급된 모든 저장비율은 이 식으로 계산된다). 불행히도, 공지 재료들은 고저장 용량에도 불구하고, 수소 방전에 수일이 소요되기 때문에 유용하지 못하였다. 7.6%의 저장 용량은, 동력 차량에 사용하기 위한 적재한 수소 저장에 대하여, 이론적으로 말하면 적합하지만, 이 저장용량은, 앞서의 무용한 재료들을 개량하여 광범위한 사용을 위한 상업적으로 기준에 맞도록 하기 위하여, 본 발명이 불규칙 이론(principles of disorder)하에서 거동하는 마그네슘-기본 합금을 생성할 것을 요구한다.Therefore, many metal hydride systems have been proposed, but magnesium systems have been intensively studied because magnesium can store more than 7 wt.% Hydrogen. While magnesium can store large amounts of hydrogen, its fundamental problem is extremely low reaction rates. For example, magnesium hydride can theoretically store hydrogen at approximately 7.6 weight percent if calculated by the formula: percent storage = H / M + M, where H is the weight of stored hydrogen and M is the hydrogen The weight of the material (all storage ratios mentioned below are calculated by this formula). Unfortunately, known materials, despite their high storage capacity, have not been useful because they require several days for hydrogen discharge. A storage capacity of 7.6% is theoretically appropriate for loading hydrogen storage for use in power vehicles, but this storage capacity can be used to improve commercial use criteria for a wide range of uses by improving the previously useless materials. To this end, the present invention requires the creation of a magnesium-based alloy that behaves under the principles of disorder.

마그네슘은 활성화가 매우 어렵다. 예를 들어, 미국 특허 제3,479,165호는, 수소화물 상태로의 상당한(90%) 변환을 얻기위해, 마그네슘을 활성화하여, 수일동안 400℃ 내지 425℃ 온도 및 1000psi에서 표면 장벽(surface barrier)를 제거할 필요가 있다고 기재하고 있다. 더 나아가서, 그러한 수소화물의 탈착은 전형적으로 수소 탈착이 시작되기 전에 비교적 고온의 가열을 요구한다. 상술한 특허는 MgH2 물질은 탈착이 시작되기 전, 277℃의 온도로 가열되어야 하고, 기준에 맞는 조업산물을 얻는 데는 상당한 더 높은 온도와 시간이 요구된다고 기재하고 있다.Magnesium is very difficult to activate. For example, US Pat. No. 3,479,165 activates magnesium to remove surface barriers at temperatures between 400 ° C. and 425 ° C. and 1000 psi for several days to obtain significant (90%) conversion to the hydride state. It is said to be necessary. Furthermore, the desorption of such hydrides typically requires relatively hot heating before hydrogen desorption begins. The above-mentioned patent states that the MgH 2 material must be heated to a temperature of 277 ° C. before desorption starts, and a significantly higher temperature and time are required to obtain a product that meets the criteria.

그렇다 하더라도, 순수 마그네슘의 반응속도는 기준에 맞지 않는다. 다시 말해서, 사용할 수 없다. 상기 높은 탈착 온도때문에, 종래의 수소화 마그네슘은 부적합하게 된다. Even so, the reaction rate of pure magnesium does not meet the criteria. In other words, it cannot be used. Because of this high desorption temperature, conventional magnesium hydride becomes unsuitable.

마그네슘 베이스 합금은, 또한, 수소 저장을 위해 고려되어 왔다. 지금까지 연구된 2가지의 주요 마그네슘 합금 결정구조는 A2B 및 AB2 합금계이었다. 상기 A2B 합금계에 있어서, Mg2Ni 합금은 그의 적당한 수소 저장용량과 마그네슘 보다 낮은 생성열 (64kJ/mol)때문에 집중적으로 연구되어 왔다. 그러나, 상기 Mg2Ni는 최대 3.6 중량% 수소의 저장용량성을 가지기 때문에, 연구자들은 기계적 합금화, 기계적 그라인딩 및 원소 치환을 통해 이러한 합금의 수소화(hydrogenation) 특성의 개선을 시도했었다. 그러나, 3.6 중량%는 결코 충분히 높지 않고, 반응속도 또한 불충분하다.Magnesium base alloys have also been considered for hydrogen storage. The two major magnesium alloy crystal structures studied so far were A 2 B and AB 2 alloys. In the A 2 B alloy system, the Mg 2 Ni alloy has been intensively studied because of its proper hydrogen storage capacity and the generated heat (64 kJ / mol) lower than magnesium. However, since the Mg 2 Ni has a storage capacity of up to 3.6 wt% hydrogen, the researchers have attempted to improve the hydrogenation properties of such alloys through mechanical alloying, mechanical grinding and elemental substitution. However, 3.6% by weight is never high enough, and the reaction rate is also insufficient.

가장 최근에, 연구자들은 수소 저장에 사용하기 위한 MgNi2형 합금의 생성을 시도했다. Journal of Alloys and Compound,269(1998), 219-223에 개재된 츠시오(Tsushio) 등에 의한 마그네슘 기본 라브스상 합금의 수소화 특성(Hydrogenation Properties of Mg-based Laves Phase Alloys)을 보면, 츠시오 등은 이러한 합금의 어떠한 수소화물도 보고되지 않았으며, MgNi2합금을 변형시켜 수소저장재료를 생성하는 데 성공하지 못하였다고 판단하였다.Most recently, researchers have attempted to produce MgNi 2 alloys for use in hydrogen storage. In the Hydrogenation Properties of Mg-based Laves Phase Alloys by Tsushio et al. , Journal of Alloys and Compound, 269 (1998), 219-223, Tsushio et al. No hydrides of these alloys were reported, and it was determined that the MgNi 2 alloy was not successful in producing hydrogen storage materials.

마지막으로, 우리 발명자들은 높은 마그네슘 함유량을 갖는 합금또는 기본적으로 변형된 마그네슘에 대해 연구를 했다. 예를 들면, 미국 특허 제5,976,276호 및 제5,916,381호에 있어서, 사프루(Sapru) 등은 수소의 열적 저장을 위해 약 75 내지 95 원자% 마그네슘을 함유하는 기계적으로 합금화된 Mg-Ni-Mo 및 Mg-Fe-Ti재료를 제조했다. 이들 합금은 원소성분들을 적절한 비율로 볼밀(ball mill) 또는 마멸기 내에서 혼합하고 수시간동안 이 재료들을 기계적으로 합금화하여 기계적 합금(mechanical alloy)을 제공함으로써, 생성된다. 이들 합금은, Mg2Ni 합금과 비교하여, 개선된 저장 용량을 갖는 한편, 낮은 안정수준 압력(plateau pressures)을 갖는다.Finally, our inventors studied alloys with high magnesium content or basically modified magnesium. For example, in US Pat. Nos. 5,976,276 and 5,916,381, Sapru et al. Provide mechanically alloyed Mg-Ni-Mo and Mg containing about 75 to 95 atomic percent magnesium for thermal storage of hydrogen. -Fe-Ti material was prepared. These alloys are formed by mixing the elemental components in a ball mill or at a suitable ratio and mechanically alloying these materials for several hours to provide a mechanical alloy. These alloys have improved storage capacity, compared to Mg 2 Ni alloys, while having low plateau pressures.

변형된 높은 마그네슘 함유 합금에 대한 또 하나의 예가 오브신스키(Ovshinsky) 등에 의한 미국 특허 제4,431,561호에 개재되어 있으며, 그 명세서는 본 명세서에 참고로 병합되어 있다. 상기 ‘561 특허에 있어서는, 높은 마그네슘 함유 수소 저장합금의 박막들이 스퍼터링 공정에 의해 제조되었다. 이 연구는 기본원리들을 적용하여 저장용량을 크게 개선하였다는 점에서는 주목받을 만 하지만, 여기에 기재된 본 발명에 의해 비로소, 높은 저장용량, 양호한 반응속도 및 양호한 수명주기 등의 모든 필요 특성들이 모아졌다. Another example of a modified high magnesium containing alloy is disclosed in US Pat. No. 4,431,561 to Ovshinsky et al., Which is hereby incorporated by reference. In the '561 patent, thin films of high magnesium containing hydrogen storage alloys were prepared by a sputtering process. This study is noteworthy in that it has significantly improved storage capacity by applying basic principles, but the present invention described here has gathered all necessary properties such as high storage capacity, good reaction rate and good life cycle. .

그의 명세서가 참고로 병합된 미국 특허 제4,623,597호에 있어서, 이 특허의 발명자들중의 한 사람인 오브신스키는 전자화학 셀에서 음극으로서 사용하기 위한 불규칙 다성분 수소 저장 재료(disordered multicomponent hydrogen storage materials)를 처음으로 제시하였다. 상기 특허에서, 오브신스키는 수소 저장 및 가역 특성을 크게 증가시키기 위해 불규칙 재료(disordered materials)가 어떻게 제조될 수 있는 가를 설명하고 있다. 이러한 불규칙 재료들은 비정질, 미세 결정질, 중간범위 규칙(intermediate range order) 또는 (장거리 조성적 규칙이 부족한) 다결정질중 하나 또는 그 이상으로 형성되며, 여기서, 다결정질 재료는 위상, 조성, 병진운동 및 위치의 변환과 불규칙중의 하나 이상을 포함할 수 도 있으며, 그것들이 재료로 설계될 수 있다. 이들 불규칙재중 활성 재료의 구조는 하나 또는 그 이상의 원소의 호스트 기지 및 이 기지에 혼합된 개질제로 구성된다. 상기 개질제는그 결과로 생긴 재료의 불규칙성을 향상시켜 보다 큰 개수 및 범위의 촉매적 활성 사이트(site) 및 수소 저장 사이트를 생성한다. In US Pat. No. 4,623,597, the disclosure of which is incorporated by reference, one of the inventors of this patent, Obsinski, is a disordered multicomponent hydrogen storage materials for use as cathodes in electrochemical cells. Was presented for the first time. In this patent, Obsinski describes how disordered materials can be produced to greatly increase hydrogen storage and reversible properties. These irregular materials are formed of one or more of amorphous, microcrystalline, intermediate range order or polycrystalline (lacking long range compositional rules), where the polycrystalline material is phase, composition, translational and It may also include one or more of positional transformations and irregularities, and they may be designed from materials. The structure of the active material in these irregular materials consists of a host matrix of one or more elements and a modifier mixed therewith. The modifiers improve the resulting irregularities in the material, resulting in a larger number and range of catalytically active sites and hydrogen storage sites.

상기 미국특허 제4,623,597호의 불규칙 전극재료들은, 기본적으로 비평형 준안정상들의 생성을 보증하여 높은 에너지 및 동력 밀도와 낮은 비용을 초래하는 는, 꽤 많은 기술에 의해 경량이고 저가의 원소들로부터 생성된다. 이러한 저가 및 높은 에너지 밀도의 불규칙재료는 오보닉 전지(Ovonic batteries)가 2차 전지로서 뿐만 아니라 1차 전지로서도 가장 유리하게 사용될 수 있도록 함과 동시에, 본 발명의 양수인으로부터의 라이센스 하에서 현재 전세계적으로 널리 사용되고 있다.The irregular electrode materials of U. S. Patent No. 4,623, 597 are produced from lightweight and inexpensive elements by quite a number of techniques, which basically guarantee the production of unbalanced metastable phases resulting in high energy and power density and low cost. These low cost and high energy density irregular materials allow Ovonic batteries to be most advantageously used as primary batteries as well as secondary batteries, and are currently available worldwide under license from the assignee of the present invention. It is widely used.

상기 '597호 특허에 기재된 재료들의 국부 구조적 규칙 및 화학적 규칙의 개량은 원하는 특성을 얻는 데 매우 중요하였다. 상기 '597호 특허의 양극(anode)의 개선된 특성들은, 선택된 개질제 원소들을 호스트기지에 혼합함으로써, 국부의 화학적 규칙 및 그에 따른 국부의 구조적 규칙을 조작하여 원하는 불규칙 재료를 생성함으로써, 얻어졌다. 이 불규칙 재료는 다수의 활성 사이트를 초래하는 원하는 전자적 배열을 가졌다. 저장 사이트의 특성 및 개수는 촉매적 활성 사이트와 독립적으로 설계되었다. Improvements in local structural and chemical rules of the materials described in the '597 patent were of great importance in obtaining the desired properties. The improved properties of the anode of the '597 patent were obtained by mixing the selected modifier elements into a host base, thereby manipulating the local chemical rules and thus the local structural rules to produce the desired irregular material. This irregular material had the desired electronic arrangement resulting in multiple active sites. The nature and number of storage sites were designed independently of catalytically active sites.

다궤도 개질제, 예를 들어, 전이 원소들은 다양한 사용 가능한 본딩 배열로 의해 크게 증가된 개수의 저장 사이트들을 제공하고, 그로 인해, 에너지 밀도의 증가를 초래하였다. 상기 개질 기술은 특히, 독특한 본딩 배열, 궤도 중첩 및 그에 따른 일정한 범위의 본딩 사이트가 제공되고, 다양한 정도의 불규칙도를 갖는 비평형 재료를 제공한다. 다른 정도의 궤도 중첩 및 불규칙 구조 때문에, 충전/방전 사이클들 또는 그들사이의 휴면기간 동안에, 미미한 양의 구조적 재배열이 일어나 결과적으로 긴 사이클 및 자기수명(shelf life)을 이룬다. Multi-orbital modifiers, for example transition elements, provide a greatly increased number of storage sites with various available bonding arrangements, resulting in an increase in energy density. The modification technique provides, in particular, a non-equilibrium material having a unique bonding arrangement, orbital overlap and thus a range of bonding sites, with varying degrees of irregularity. Due to the different degrees of orbital overlap and irregular structures, during charge / discharge cycles or dormant periods between them, a slight amount of structural rearrangement results in long cycles and shelf life.

'597 특허의 개선된 배터리는 높은 전기화학적 충, 방전 효율 및 높은 전하 출력을 만들어내도록 설계된, 주문제작되어진(tailor-made) 국부적인 화학적 환경을 가지는 전극 재료들을 포함하였다. 재료들의 국부적인 화학 환경의 조작은 호스트 기지(host matrix)의 이용에 의해 가능하게 되었고, 이 호스트 기지는, '597 특허에 따라, 수소 해리를 위한 촉매적으로 활성인 영역들(sites) 및 수소 저장 영역들의 밀도를 크게 증가시키도록 다른 원소들을 가지고 화학적으로 변형될 수 있다.The improved battery of the '597 patent included electrode materials with a tailor-made local chemical environment designed to produce high electrochemical charge, discharge efficiency and high charge output. Manipulation of the local chemical environment of the materials has been made possible by the use of a host matrix, which, according to the '597 patent, has catalytically active sites and hydrogen for hydrogen dissociation. It can be chemically modified with other elements to greatly increase the density of the storage regions.

'597 특허의 불규칙 재료들은 유별난 전자 배열(electronic configurations)을 가지도록 설계되었으며, 이는 구성 원자들 및 그것들의 다양한 궤도들의 변화하는 3차원 상호작용으로부터 초래된다. 이 불규칙은 원자들의 조성적, 위치적 및 병진 운동적 관계들로부터 발생된다. 선택된 원소들이 원하는 국부적인 화학적 환경을 만들도록, 이들 궤도들과의 상호작용에 의해 불규칙을 더욱더 변형시키기 위하여 이용되었다. The irregular materials of the '597 patent are designed to have unusual electronic configurations, resulting from the changing three-dimensional interaction of the constituent atoms and their various orbits. This irregularity arises from the compositional, positional and translational kinetic relationships of the atoms. The selected elements were used to further modify the irregularities by interaction with these orbits, to create the desired local chemical environment.

이들 배열에 의해 생성된 내부 위상(internal topology)은 또한 원자들과 이온들의 선택적인 확산을 가능케 한다. 촉매적으로 활성 및 저장 영역들의 종류와 수를 독립적으로 제어할 수 있기 때문에, '597 특허에 기재된 발명은 특정 용도를 위해 이 재료들을 이상적인 것으로 만들었다. 모든 상술된 특성들은 중대한 양적 차이를 나타내었고, 또한 재료들을 질적으로 변화시켜, 독특한 새 재료들을 얻었다.The internal topology created by these arrangements also allows for selective diffusion of atoms and ions. Because of the catalytically controllable number and type of active and storage regions, the invention described in the '597 patent has made these materials ideal for certain applications. All of the above mentioned properties showed significant quantitative differences and also changed the materials qualitatively to obtain unique new materials.

'597 특허에 기재된 불규칙은 재료 전체 또는 재료의 많은 영역들에 걸쳐서제공되는 조성적(compositional) 또는 배열적(configurational) 불규칙의 형태로 원자적 성질을 이룰수 있다. 또한 불규칙은, 한 상의 다른 상에 대한 관계에 의해 원자 수준에서의 조성적 또는 배열적 불규칙을 모사하는 극히 미세한 상들(microscopic phases)을 재료내에 생성함으로써, 호스트 기지로 도입될 수 있다. 예를 들어, 불규칙 재료들은 상이한 종류(들)의 결정질상들의 미세한 영역들을 도입하거나, 비결정질상(들)의 영역들을 도입하거나, 또는 결정질상(들)의 영역들 이외에 비결정질상(들)의 영역들을 도입하는 것에 의해 생성될 수 있다. 이 상들사이의 경계면은, 전기화학적 수소 저장을 위한 다수의 원하는 장소들을 제공하는 국부적인 화학적 환경들이 풍부한 표면들을 제공할 수 있다.The irregularities described in the '597 patent can achieve atomic properties in the form of compositional or configurational irregularities provided throughout the material or over many areas of the material. Irregularities can also be introduced into the host matrix by creating extremely microscopic phases in the material that simulate compositional or orderly irregularities at the atomic level by relationship to one phase to another. For example, irregular materials may introduce fine regions of different kinds (s) of crystalline phases, introduce regions of amorphous phase (s), or regions of amorphous phase (s) in addition to those of crystalline phase (s). By introducing them. The interface between these phases can provide surfaces rich in local chemical environments that provide a number of desired locations for electrochemical hydrogen storage.

이러한 동일한 원리들이 단일 구조의 상 내에 적용될 수 있다. 예를 들어, 오브신스키의 불규칙 원리(Ovshinsky principles of disorder)를 원자적이거나 또는 미세한 규모로 이용하여, 계획된 방법으로 재료를 근본적으로 변경하여 중요하고 개선된 그리고 독특한 결과를 얻을 수 있는 조성적 불규칙이 재료내로 도입될 수 있다.These same principles can be applied within the phase of a single structure. For example, using the Ovshinsky principles of disorder on an atomic or fine scale, compositional irregularities can be achieved by radically altering the material in a planned way to achieve significant, improved and unique results. Can be introduced into this material.

'597 특허의 불규칙 재료들의 하나의 장점은 중독작용에 대한 그것들의 저항성이었다. 또 하나의 장점은 개질제 원소들의 다양한 비율의 연속적인 범위에서 개질될 수 있는 성질이었다. 이 성질에 의해, 호스트 기지가 개질제에 의해 조작되어 원하는 특성, 즉 높은 충/방전효율, 높은 정도의 가역성, 높은 전기적효율, 긴 사이클 수명, 고밀도의 에너지 저장, 비 중독성 및 최소한의 구조적 변경을 갖는 수소 저장재료를 만들거나 또는 설계할 수 있다. One advantage of the irregular materials of the '597 patent was their resistance to poisoning. Another advantage was the ability to be modified in a continuous range of various proportions of the modifier elements. This property allows the host matrix to be manipulated by a modifier to have the desired properties: high charge / discharge efficiency, high degree of reversibility, high electrical efficiency, long cycle life, high density energy storage, non-toxic and minimal structural modifications. Hydrogen storage materials can be made or designed.

화학적 수소화물과 열적 수소화물간의 차이점은 근본적이다. 본 발명의 열적 수소화 합금들은 해결될 그것들 자체의 기본적인 문제점들을 가진 별개 등급의 재료로 설계되었으며, 표 1에 표시된 문제점들은 전기화학적 시스템들에서 해결될 문제점들과는 대조적이다.The difference between chemical and thermal hydrides is fundamental. The thermal hydrogenation alloys of the present invention are designed with a separate class of material with their own basic problems to be solved, and the problems shown in Table 1 are in contrast to the problems to be solved in electrochemical systems.

이러한 동일 속성들(attributes)이 열적 수소 저장 합금들에 있어서는, 아직까지, 얻어진 적이 없다. 그러므로, 당 기술 분야에서 유난히 빠른 반응속도특성(kinetics)을 가지는 고용량, 저비용, 경량 열적 수소 저장 합금 재료들에 대한 강하고 절실한 요구가 있었다.These same attributes have not yet been obtained for thermal hydrogen storage alloys. Therefore, there is a strong and urgent need in the art for high capacity, low cost, lightweight thermal hydrogen storage alloy materials with exceptionally fast kinetics.

전기화학적 수소 저장 재Electrochemical Hydrogen Storage 가스상(열적) 수소 저장 재Gas phase (thermal) hydrogen storage material 메커니즘mechanism H2O 분자 분열H 2 O Molecular Cleavage 물질 표면에서의 H2 해리H 2 dissociation at the material surface 환경Environment 알칼리 산화 환경(KOH 전해질)Alkali Oxidation Environment (KOH Electrolyte) H2 가스 - 산소에 의해 매우 중독되기 쉬움(KOH의 존재 하에서는 작용하지 않음)H 2 gas-very toxic by oxygen (does not work in the presence of KOH) 반등속도Rebound speed 실내 온도에서 수소 저장/방출Hydrogen storage / release at room temperature 20℃ 내지 100℃까지 어디서나 수소 저장Store hydrogen anywhere from 20 ℃ to 100 ℃ 열역학thermodynamics 특정 범위의 유효한 M-H 결합 강도Specific range of effective M-H bond strengths 어떤 정도의 M-H 결합 강도도 수용 가능Acceptable to any extent M-H bond strength 열전도성Thermal conductivity 작은 효과Small effect 큰 효과Great effect 전기 전도성Electrical conductivity 큰 효과Great effect 작은 효과Small effect 화학 반응Chemical reaction M + H2O + e- ⇔ MH + OH- M + H 2 O + e - ⇔ MH + OH - H2(g) ⇔ 2H H 2 (g) ⇔ 2H

도 1은 연료의 무 탄소 원(carbon-free sources)으로의 사회의 이동을 나타내는, 가로좌표축 시간에 대한 세로좌표축 H/C 비를 나타낸 그래프.1 is a graph showing the ordinate H / C ratio versus abscissa time, showing the movement of society to carbon-free sources of fuel.

도 2는 수소저장 합금이 연료전지 및 내연기관을 추진하는데 필요한 반응속도특성을 갖도록 하기 위하여 수소 저장 합금에 의해 요구되는 특성의 그래프적이고 도식적인 설명도. FIG. 2 is a graphical and graphical representation of the properties required by a hydrogen storage alloy in order to have the hydrogen storage alloy having the reaction rate characteristics needed to propel the fuel cell and internal combustion engine.

도 3은 3개의 상이한 온도들에서의 합금 FC-10의 압력 조성 온도(PCT)곡선의 그래프.3 is a graph of the pressure composition temperature (PCT) curve of alloy FC-10 at three different temperatures.

도 4는 3개의 상이한 온도들에서의 합금 FC-76의 PCT곡선의 그래프.4 is a graph of the PCT curve of alloy FC-76 at three different temperatures.

도 5는 3개의 상이한 온도에서의 시간 대비 수소 흡수율(중량%)을 표시한 FC-76 합금의 흡수 속도특성의 그래프. FIG. 5 is a graph of absorption rate characteristics of FC-76 alloy showing hydrogen uptake (% by weight) at three different temperatures. FIG.

도 6은 3개의 상이한 온도에서의 시간 대비 수소 탈착율(중량%)을 표시한 FC-76 합금의 탈착 속도특성의 그래프. FIG. 6 is a graph of the desorption rate characteristic of FC-76 alloy showing hydrogen desorption rate (% by weight) at three different temperatures.

도 7은 3개의 상이한 온도에서의 시간 대비 수소 탈착율(중량%)을 표시한 FC-86 합금의 흡수 속도특성의 그래프. FIG. 7 is a graph of absorption rate characteristics of FC-86 alloy showing hydrogen desorption rate (% by weight) at three different temperatures.

도 8은 2개의 상이한 입자 크기를 갖는 FC-76 합금 분말의 흡수 속도특성의 그래프. 8 is a graph of absorption rate characteristics of FC-76 alloy powder with two different particle sizes.

도 9는 수소 저장 합금 재료가 접착된 지지수단이 나선형으로 감겨 코일을 형성하는 본 발명의 일실시예를 나타낸 도면.9 is a view showing an embodiment of the present invention in which the support means to which the hydrogen storage alloy material is bonded is spirally wound to form a coil.

도 10은 수소 저장 합금 재료가 접착된 지지수단이 다수의 디스크 스택으로 조립되어 있는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면. FIG. 10 shows another embodiment of the invention in which the support means to which the hydrogen storage alloy material is bonded is assembled into a plurality of disk stacks.

도 11은 내연기관 차량에 동력을 공급하기 위한 본 발명의 합금을 이용하는 수소 가스 공급 시스템의 개략도.11 is a schematic diagram of a hydrogen gas supply system using the alloy of the present invention for powering an internal combustion engine vehicle.

도 12는 연료 전지 차량에 동력을 공급하기 위한 본 발명의 합금을 이용하는 수소 가스 공급 시스템의 개략도.12 is a schematic diagram of a hydrogen gas supply system utilizing an alloy of the present invention for powering a fuel cell vehicle.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명은 마그네슘에 기본을 둔 수소 저장 합금 분말 형태의, 빠른 반응 속도를 가지는 새로운 고용량, 저비용, 경량 열적 수소 저장 합금 재료들을 이용함으로써 가능해진 혁명적인 수소 에코시스템(ecosystem)을 제공한다. The present invention provides a revolutionary hydrogen ecosystem made possible by using new high capacity, low cost, lightweight thermal hydrogen storage alloy materials with fast reaction rates in the form of magnesium based hydrogen storage alloy powders.

이들 합금에 의해, 처음으로 수소에 기반을 둔 경제에 동력을 공급하기 위하여, 특히 내연기관 또는 연료전지 차량과 같은 이동 에너지 소비 응용체에 동력을 공급하기 위하여, 수소의 고체상태의 저장 및 전달을 이용하는 것이 가능하게 되었다. 상기 합금은 약 90 중량 % 보다 많은 마그네슘을 포함하고, 또한 a) 적어도 6 중량 %의 수소 저장 용량; b) 합금 분말이 300 ℃에서 5분 내에 그의 총 용량의 80 %를 흡수할 수 있을 정도의 흡수 속도; c) 30 내지 70 미크론의 입자 크기 범위; 및 d) 적합한 미세 구조를 갖는다. 보다 바람직하게는, 합금 분말은 적어도 6.5 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 6.9 중량 %의 수소 저장 용량을 가진다. 또한, 합금 분말은 보다 바람직하게는 300 ℃에서 2분내에, 가장 바람직하게는 1분 30초 내에 총 용량의 80 %를 흡수할 수 있다. 합금들을 생산하기 위해 마그네슘에 첨가된 개질제 원소들은 주로 Ni 및 Mm(미쉬 금속)을 포함하며, 또한 Al, Y 및 Si과 같은 부가원소를 포함할 수도 있다. 따라서, 합금들은 전형적으로 0.5-2.5 중량% 니켈과 약 1.0-4.0 중량%의 Mm(특히 Ce, La. 및 Pr 을 포함)을 포함한다. 상기 합금은 3-7 중량% 알루미늄, 0.1-1.5 중량% Y, 및 0.3-1.5 중량% 실리콘 중 어느 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. These alloys allow for the first time the storage and delivery of solid state hydrogen in order to power a hydrogen-based economy, in particular to power mobile energy consuming applications such as internal combustion engines or fuel cell vehicles. It became possible to use. The alloy comprises more than about 90 weight percent magnesium, and further comprising: a) at least 6 weight percent hydrogen storage capacity; b) an absorption rate such that the alloy powder can absorb 80% of its total capacity within 5 minutes at 300 ° C .; c) particle size range of 30 to 70 microns; And d) suitable microstructures. More preferably, the alloy powder has a hydrogen storage capacity of at least 6.5 wt%, most preferably at least 6.9 wt%. In addition, the alloy powder can more preferably absorb 80% of the total capacity within 2 minutes at 300 ° C., most preferably within 1 minute 30 seconds. Modifier elements added to magnesium to produce alloys mainly include Ni and Mm (mesh metal), and may also include additional elements such as Al, Y and Si. Thus, alloys typically comprise 0.5-2.5 wt% nickel and about 1.0-4.0 wt% Mm (including Ce, La. And Pr in particular). The alloy may comprise any one or more of 3-7 wt% aluminum, 0.1-1.5 wt% Y, and 0.3-1.5 wt% silicon.

상술한 바와 같이, 마그네슘은 다량의 수소를 저장한다. 그러나, 순수 마그네슘에서 수소 저장 속도특성(kinetics)은 바람직하지 못하다. 즉, 순수 마그네슘이 7.6 중량% 이상의 수소를 저장할 수 있음에 반하여 Mg-H 결합이 매우 견고하여(75 kJ/mol) 저장된 수소를 방출하기가 어려우며 따라서 순수 마그네슘은 상업적으로 실용적인 수소 저장 재료가 아니다. 따라서, 순수 마그네슘 자체만으로는 불충분하지만 불규칙 및 국부 규칙의 원리(principle of disorder and local order)를 이용하여 조성적(화학적으로 유도됨) 불규칙 및 구조적 불규칙(급냉)이 원소들의 다른 분포를 생성하는 데 사용될 수 있다. 이 분석은, 재료들을 하나의 시스템으로서 검사하고, 화학적 개질제 및 스탠포드 알. 오브신스키(Stanford R. Ovshinsky; 본 출원 발명자들 중 한 사람)에 의해 제창된 불규칙과 국부 규칙의 원리를, 저장에 필요한 국부 규칙 환경을 제공하는 방식으로, 이용함으로써 가능하게 되었다. 이들 원리에 의해, 입자크기, 토폴로지, 표면상태, 촉매능력(촉매사이트 및 표면영역 포함), 미세구조, 표면상 및 벌크내에서의 핵생성 및 결정성장 속도 및, 구조상 및 격자간에서의 저장용량을 제어함으로써, 재료를 개량할 수 있다. 도 2는 수소저장합금들이 연료전지 및 내연기관에 동력을 공급하는 데 필요한 동적 특성을 갖도록 수소 저장 합금들에 요구되는 특성의 그래프적이고, 도식적인 설명도이고, 이들 개념을 체계적으로 예시한다. As mentioned above, magnesium stores a large amount of hydrogen. However, hydrogen storage kinetics in pure magnesium are undesirable. That is, pure magnesium can store more than 7.6% by weight of hydrogen, whereas Mg-H bonds are very robust (75 kJ / mol), making it difficult to release stored hydrogen and thus pure magnesium is not a commercially viable hydrogen storage material. Thus, pure magnesium alone is insufficient, but compositional (chemically induced) irregular and structural irregularities (quenching) can be used to generate different distributions of elements using the principle of disorder and local order. Can be. This analysis examines the materials as a system, chemical modifiers and Stanford Egg. The principles of irregularities and local rules, proposed by Stanford R. Ovshinsky (one of the inventors of the present application), have been made possible by using them in a manner that provides a local rules environment for storage. Based on these principles, particle size, topology, surface state, catalytic capacity (including catalyst sites and surface regions), microstructure, nucleation and crystal growth rates on the surface and in bulk, and storage capacity between the structural and lattice By controlling this, the material can be improved. FIG. 2 is a graphical, schematic explanatory view of the properties required for hydrogen storage alloys such that the hydrogen storage alloys have the dynamic properties needed to power fuel cells and internal combustion engines, and systematically illustrate these concepts.

특히, 소립자는 결정질 과 비정질 고체들 사이의 갭을 이어주는 성질을 가진다. 즉, 작은 기하학적 배열이 새로운 물리적현상을 낳는다. 50 옹스트롬의 입자는 "대부분은 표면" 이며, 이에 의해 새로운 토폴로지 및 희귀한 본딩 배열을 초래한다. 또한, 50 옴스트롱 입자에서의 모든 원자의 21%는 표면 상에 있으며 다른 40%는 표면의 하나의 원자 내에 있다.In particular, small particles have the property of bridging the gap between crystalline and amorphous solids. That is, small geometrical arrangements give rise to new physical phenomena. The particles of 50 angstroms are "mostly surface", resulting in new topologies and rare bonding arrangements. Also, 21% of all atoms in the 50 ohmsstrong particles are on the surface and the other 40% are in one atom of the surface.

따라서, 다성분 미세 합금들의 조성적 불규칙은 작은 입자들, 예를 들어 50 옹스트롬 입자에서 크고, 10개 원소 합금중의 각 원소는 단지 통계에 의해 농도에 있어 3% 변이를 나타낼 것이다. 이러한 작은 입자들에 있어서는, 양자 구속 효과(quantum confinement effects)는 명백해지며 밴드 구조 효과(band structure effects)는 방해된다. Thus, the compositional irregularities of the multicomponent fine alloys are large in small particles, for example 50 Angstrom particles, and each element in the 10 element alloy will only show 3% variation in concentration by statistics. For these small particles, quantum confinement effects are evident and band structure effects are hindered.

본 발명자들은, 국부환경의 원자적 설계 및 개조의 원리들을 적용함으로써,저장된 수소의 경제적인 회수를 가능케 하는 상당히 증가된 반응속도특성을 나타내면서, 마그네슘이 6 wt.% 수소 이상을 저장하도록 개량될 수 있다는 것을 발견하였다. 증가된 반응속도특성은 저온도에서의 수소 방출을 가능케 하여, 수소 -기본 에너지 시스템(hydrogen based energy systems)에서 금속 수소화물의 유용성을 증가시킨다. 그러므로, 본 합금은 상업적으로 실용적이고, 저가이며, 저중량의 수소 저장 재료를 제공한다. By applying the principles of atomic design and modification of the local environment, the inventors have been able to improve magnesium to store more than 6 wt.% Hydrogen, while exhibiting significantly increased reaction rate properties that enable economic recovery of stored hydrogen. I found it. Increased kinetics allow hydrogen release at low temperatures, increasing the usefulness of metal hydrides in hydrogen-based energy systems. Therefore, this alloy provides a commercially viable, low cost, low weight hydrogen storage material.

일반적으로, 합금들은 약 90 중량 % 마그네슘 이상을 포함하고, 적어도 하나의 개질제 원소를 포함한다. 그 적어도 하나의 개질제 원소는, 적어도 6 중량 % 수소를 저장할 수 있고 300℃에서 5분안에 수소의 전체 저장 용량의 적어도 80%를 흡수할 수 있는 마그네슘 -기본 합금을 만든다. 보다 바람직하게는, 개량된 합금은 적어도 6.5 중량 % 수소를 저장하며 300℃에서 2분안에 수소의 전체 저장 용량의 80%를 흡수할 수 있다. 보다 바람직하게는, 개량된 합금은 적어도 6.9 중량 % 수소를 저장하며 300℃에서 1.5분안에 수소의 전체 저장 용량의 80%를 흡수할 수 있다. 개질제 원소들은 주로 Ni 및 Mm(misch metal)을 포함하고, 또한 Al,Y 및 Si와 같은 부가 원소도 포함할 수 있다. 따라서, 합금들은 전형적으로 0.5-2.5 중량 % 니켈 및 약 1.0-4.0 중량 % Mm을 포함한다(주로 Ce 및 La 및 Pr을 포함한다). 합금은 또한 3-7 중량% Al, 0.1-1.5 중량 % Y 및 0.3-1.5 중량 % 실리콘중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 몇 가지 예가 발명을 예시하는데 도움이 될 것이다. Generally, the alloys contain at least about 90% magnesium by weight and include at least one modifier element. The at least one modifier element makes a magnesium-based alloy capable of storing at least 6% by weight hydrogen and absorbing at least 80% of the total storage capacity of hydrogen in 300 minutes at 300 ° C. More preferably, the improved alloy stores at least 6.5 wt% hydrogen and can absorb 80% of the total storage capacity of hydrogen in 300 minutes at 300 ° C. More preferably, the improved alloy stores at least 6.9 wt% hydrogen and can absorb 80% of the total storage capacity of hydrogen in 1.5 minutes at 300 ° C. Modifier elements include primarily Ni and Mm (misch metal), and may also include additional elements such as Al, Y and Si. Thus, alloys typically comprise 0.5-2.5 wt% nickel and about 1.0-4.0 wt% Mm (mainly Ce and La and Pr). The alloy may also comprise one or more of 3-7 wt% Al, 0.1-1.5 wt% Y and 0.3-1.5 wt% silicon. Some examples will help illustrate the invention.

실시예 1Example 1

91.0 wt.% Mg, 0.9 wt.% Ni, 5.6 wt.% Al, 0.5 wt.% Y 및 2.0 wt.% Mm의 조성을 갖는, 명칭 FC-10을 갖는 개량된 Mg 합금을 제조하였다. 개개의 원료 합금 원소들을 글러브 박스(glove box)에 혼합하였다. 그 혼합물을 흑연 도가니에 넣고 이 도가니를 가열로에 장입하였다. 도가니는 제거가능한 질소화붕소로드(boron nitride rod)에 의해 막아지는, 그의 바닥의 2.0㎜ 질소화붕소 오리피스(orifice)을 가졌다. 가열로는 펌프에 의해 공기가 제거되어 매우 낮은 압력으로 되고, 아르곤으로 3번 정화된다. 가열로내의 아르곤 압력을 1 psi에 도달시키고 도가니가 600℃로 가열될 때까지 이 압력에 유지하였다. 용융이 준비되면, 질소화붕소로드를 상승시키고 아르곤을 압력하에서 가열로에 주입하였다. 용융된 합금은 흑연도가니로부터 질소화붕소 오리피스를 통과하여 비 수냉(non-water-cooled)되고, 수평으로 회전하는, 구리 휠 위로 흐른다. 약 1000 rpm에서 회전하는 구리 휠은, 용융 합금을 입자들로 응고시키고, 입자들은 회전 휠을 덮는 수냉 구리 캡으로부터 튀어나와, 스테인레스 강 팬으로 떨어져서, 여기서 서서히 냉각된다. 응고된 합금 박편 중 5 그램을 흑연 분쇄 보조물(grinding aid)의 100㎎과 혼합하였다. 혼합물을 3시간동안 기계적으로 분쇄하였다. 그리고, 분쇄된 합금(ground ally)을, 30 내지 65 미크론사이의 입자 크기를 갖는 재료를 회수하기 위하여, 체로 쳐서 분류하였다. 이 합금은 약 6.5 wt.% 수소의 저장 용량을 가지고 약 300℃의 온도에서 5 분이내에서 최대 용량의 80%를 흡수한다. 합금 특성의 다른 특성이 하기에 기술된다. An improved Mg alloy with the name FC-10 was prepared having a composition of 91.0 wt.% Mg, 0.9 wt.% Ni, 5.6 wt.% Al, 0.5 wt.% Y and 2.0 wt.% Mm. Individual raw alloy elements were mixed in a glove box. The mixture was placed in a graphite crucible and charged into a furnace. The crucible had a 2.0 mm boron nitride orifice at its bottom, which was blocked by a removable boron nitride rod. The furnace is deaerated by the pump to a very low pressure and purged with argon three times. The argon pressure in the furnace reached 1 psi and maintained at this pressure until the crucible was heated to 600 ° C. When melting was ready, the boron nitride rod was raised and argon was injected into the furnace under pressure. The molten alloy flows from the graphite crucible through a boron nitride orifice onto a copper wheel that is non-water-cooled and rotates horizontally. The copper wheel rotating at about 1000 rpm solidifies the molten alloy into particles, which protrude from the water-cooled copper cap covering the rotating wheel and fall off into a stainless steel pan where it is cooled slowly. Five grams of solidified alloy flakes were mixed with 100 mg of graphite grinding aid. The mixture was mechanically ground for 3 hours. The ground ally was then sifted to recover material having a particle size between 30 and 65 microns. This alloy has a storage capacity of about 6.5 wt.% Hydrogen and absorbs 80% of its maximum capacity within 5 minutes at a temperature of about 300 ° C. Other properties of the alloy properties are described below.

실시예 2        Example 2

95.6 wt.% Mg, 1.6 wt.% Ni, 0.8 wt.% Si 및 2.0 wt.% Mm의 조성을 갖는, 명칭 FC-76의 개량 Mg 합금을 제조하였다. 이 합금은 실시예 1과 같은 방식으로 제조되며, 다만, 가열로 온도는 850℃ 였고 오리피스 크기는 2.5㎜ 였다. 이 합금은 약 6.9 wt.% 수소의 저장 용량을 가지고 약 300℃의 온도에서 1.5분이내에서 최대 용량의 80%를 흡수한다. 합금 특성의 다른 특성이 하기에 기술된다. An improved Mg alloy with the name FC-76 was prepared having a composition of 95.6 wt.% Mg, 1.6 wt.% Ni, 0.8 wt.% Si and 2.0 wt.% Mm. This alloy was prepared in the same manner as in Example 1 except that the furnace temperature was 850 ° C. and the orifice size was 2.5 mm. This alloy has a storage capacity of about 6.9 wt.% Hydrogen and absorbs 80% of its maximum capacity within 1.5 minutes at a temperature of about 300 ° C. Other properties of the alloy properties are described below.

실시예 3Example 3

95 wt.% Mg, 2 wt.% Ni 및 3.0 wt.% Mm의 조성을 갖는, 명칭 FC-86의 개량 Mg 합금을 제조하였다. 합금은 실시예 1과 동일한 방식으로 제조되었으며, 다만, 가열로 온도는 750℃ 였으며 휠 속도는 1400 rpm 이었다. 이 합금은 약 7 wt.% 수소의 저장 용량을 가지고 약 275℃의 온도에서 2.3분이내에서 최대 용량의 80%를 흡수한다. 합금 특성의 다른 설명이 하기에 기술된다.An improved Mg alloy of the name FC-86 was prepared having a composition of 95 wt.% Mg, 2 wt.% Ni and 3.0 wt.% Mm. The alloy was prepared in the same manner as in Example 1 except that the furnace temperature was 750 ° C. and the wheel speed was 1400 rpm. This alloy has a storage capacity of about 7 wt.% Hydrogen and absorbs 80% of its maximum capacity within 2.3 minutes at a temperature of about 275 ° C. Another description of the alloy properties is described below.

본 발명의 합금들은 고저장 용량과 우수한 흡수/탈착 속도특성의 결합에 있어서 유일하다. 본 발명자들은 수소저장합금의 합금조성과 입자크기의 조합이 반응속도특성에 중요한 영향을 미친다는 것을 발견하였다. 즉, 본 발명자들은 (특정 조성과 무관하게) 재료의 반응속도특성이 입자 크기를 감소시킴에 따라 증가한다는 것을 발견하였다. 구체적으로는, 본 발명자들은 30과 70마이크론(micron) 사이의 입자 크기를 갖는 재료가 가장 유용하다는 것을 발견하였다. 이 입자 크기는 제조가능하면서도, 아주 우수한 반응속도특성을 준다. 입자 크기를 증가시키는 것은 제조를 용이하게 하지만, 재료의 반응속도특성을 크게 감소시키며 반면에, 입자 크기를 감소시키는 것은 이 Mg 기본 합금들의 높은 연성 때문에 거의 불가능하다. 실제는, 다량의 미립자형 합금을 제조하기 위하여는 산업계에서는 가스 분무화(gas atomization)의 사용이 요구될 수 있다. 그 이유는 특히 합금들은 매우 연성이어서 효과적으로 분쇄될 수 없기 때문이다. The alloys of the present invention are unique in the combination of high storage capacity and good absorption / desorption rate properties. The inventors have found that the combination of the alloy composition and the particle size of the hydrogen storage alloy has an important effect on the reaction rate characteristics. In other words, the inventors have found that the reaction rate properties of the material (regardless of the specific composition) increase with decreasing particle size. Specifically, the inventors have found that materials having particle sizes between 30 and 70 microns are most useful. This particle size is manufacturable but gives very good reaction rate properties. Increasing the particle size facilitates manufacture, but greatly reduces the kinetics of the material, while reducing the particle size is nearly impossible due to the high ductility of these Mg base alloys. In practice, the use of gas atomization may be required in industry to produce large amounts of particulate alloys. This is especially because alloys are very soft and cannot be effectively crushed.

도 3은 279℃(ㅇ기호로 표시) , 306℃(▲기호로 표시) 및 335℃(△ 기호로 표시)에서 합금 FC-10의 압력-조성-온도(PCT) 곡선들의 그래프이다. 그래프는 합금이 279℃에서 1050 Torr, 306℃에서 2200 Torr, 및 335℃에서 4300 Torr의 안정수준압력(plateau pressure)을 갖는 것을 나타낸다. PCT 곡선은 FC-10 합금이 약 6.5 중량% 수소의 최대 용량과 약 70kJ/mole의 수소 결합 에너지를 갖는 것을 나타낸다.FIG. 3 is a graph of pressure-composition-temperature (PCT) curves of alloy FC-10 at 279 ° C. (denoted by symbol o), 306 ° C. (denoted by symbol ▲) and 335 ° C. (denoted by Δ symbol). The graph shows that the alloy has a plateau pressure of 1050 Torr at 279 ° C., 2200 Torr at 306 ° C., and 4300 Torr at 335 ° C. The PCT curve shows that the FC-10 alloy has a maximum capacity of about 6.5 wt% hydrogen and a hydrogen bond energy of about 70 kJ / mole.

도 4는 278℃(■기호로 표시) , 293℃(◆기호로 표시) 및 320℃(▲ 기호로 표시) 에서 합금 FC-76의 PCT 곡선들의 그래프이다. 그래프는 합금이 278℃에서 750 Torr, 293℃에서 1100 Torr, 및 320℃에서 2400 Torr의 안정수준압력을 갖는 것을 나타낸다. PCT 곡선은 FC-76 합금이 대략 6.9 중량% 수소의 최대 용량과 대략 75kJ/mole의 수소 결합 에너지를 갖는 것을 나타낸다.4 is a graph of PCT curves of alloy FC-76 at 278 ° C. (marked with symbol), 293 ° C. (marked with ◆ symbol), and 320 ° C. (marked with a symbol ▲). The graph shows that the alloy has a stable level pressure of 750 Torr at 278 ° C., 1100 Torr at 293 ° C., and 2400 Torr at 320 ° C. The PCT curve shows that the FC-76 alloy has a maximum capacity of approximately 6.9 wt% hydrogen and a hydrogen bond energy of approximately 75 kJ / mole.

도 5는 FC-76 합금의 흡수 속도특성의 도표이다. 구체적으로는, 중량% 수소 흡수율 대 시간이 275℃(◇ 기호) , 300℃(ㅇ 기호) 및 325℃(△ 기호)의 3가지 온도에 대해 표시된다. 알 수 있는 바와 같이, 275℃에서 합금은 1.3분안에 그 전체 용량의 80%를 흡수하고, 300℃에서 합금은 1.4분안에 그 전체 용량의 80%를 흡수하고, 325℃에서 합금은 2.0분안에 그 전체 용량의 80%를 흡수한다.5 is a graph of absorption rate characteristics of FC-76 alloy. Specifically, the weight percent hydrogen uptake versus time is indicated for three temperatures: 275 ° C. (° symbol), 300 ° C. (° symbol) and 325 ° C. (Δ symbol). As can be seen, at 275 ° C the alloy absorbs 80% of its total capacity in 1.3 minutes, at 300 ° C the alloy absorbs 80% of its total capacity in 1.4 minutes, and at 325 ° C the alloy absorbs in 2.0 minutes Absorbs 80% of its total capacity.

도 6은 FC-76 합금의 탈착(desorption) 속도특성의 도표이다. 구체적으로는, 중량% 수소 탈착율 대 시간이 275℃(□ 기호), 300℃(ㅇ 기호) 및 325℃(△ 기호) 의 3가지 온도에 대해 표시된다. 알 수 있는 바와 같이, 275℃에서 합금은 8.0분안에 그 전체 용량의 80%를 탈착하고, 300℃에서 합금은 3.4분안에 그 전체 용량의 80%를 탈착하며, 325℃에서 합금은 2.5분안에 그 전체 용량의 80%를 탈착한다.6 is a plot of the desorption rate characteristic of FC-76 alloy. Specifically, the weight percent hydrogen desorption rate versus time is indicated for three temperatures: 275 ° C. (□ symbol), 300 ° C. (° symbol) and 325 ° C. (Δ symbol). As can be seen, at 275 ° C, the alloy desorbs 80% of its total capacity in 8.0 minutes, at 300 ° C the alloy desorbs 80% of its total capacity in 3.4 minutes, and at 325 ° C the alloy desorbs in 2.5 minutes. 80% of its total capacity is removed.

도 7은 FC-86 합금의 흡수 속도특성의 도표이다. 구체적으로는, 중량% 수소 흡수율 대 시간이 230℃(◇ 기호) , 240℃(ㅇ 기호) 및 275℃(* 기호)의 3가지 온도에 대해 표시된다. 알 수 있는 바와 같이, 230℃에서 합금은 5.2분안에 그 전체 용량의 80%를 흡수하고, 300℃에서 합금은 2.4분안에 그 전체 용량의 80%를 흡수하고, 325℃에서 합금은 2.3분안에 그 전체 용량의 80%를 흡수한다.7 is a graph of the absorption rate characteristics of FC-86 alloy. Specifically, the weight percent hydrogen uptake versus time is expressed for three temperatures: 230 ° C. (° C.), 240 ° C. (° C.), and 275 ° C. (* symbol). As can be seen, at 230 ° C., the alloy absorbs 80% of its total capacity in 5.2 minutes, at 300 ° C., the alloy absorbs 80% of its total capacity in 2.4 minutes, and at 325 ° C. the alloy takes 2.3 minutes. Absorbs 80% of its total capacity.

도 8은 2개의 다른 입자 크기를 갖는 FC-76 합금 분말들의 흡수 속도특성의 도표이다. 구체적으로는, 수소 흡수율(중량%) 대 시간이 75 내지 250 마이크론(ㅇ 기호), 및 32 내지 63 마이크론(◇ 기호)의 입자 크기 범위를 갖는 재료에 대해 도시된다. 알 수 있는 바와 같이, 보다 작은 입자 크기는 흡수 속도특성를 크게 향상시킨다.8 is a plot of the absorption rate characteristics of FC-76 alloy powders with two different particle sizes. Specifically, hydrogen uptake (% by weight) versus time is shown for materials having a particle size range of 75 to 250 microns (o symbol) and 32 to 63 microns (o symbol). As can be seen, smaller particle size greatly improves the absorption rate characteristic.

상기 실시예들에 있어서 본 분말을 생성하는 방법은 빠른 응고와 후속하는 분쇄(grinding)이었지만, 가스 분무화가 또한 이용될 수 있다. 재료들을 분쇄할 때는, 분쇄의 바람직한 방법은 분쇄기(attritor)를 사용하는 것이다. 특히, 이들 합금을 분쇄할 때는, 탄소와 같은 같은 분쇄제(grinding agent)의 부가가 특히 유용하다. In the above embodiments the method of producing the powder was rapid solidification and subsequent grinding, but gas atomization could also be used. When grinding materials, the preferred method of grinding is to use an attritor. In particular, when grinding these alloys, the addition of a grinding agent such as carbon is particularly useful.

본 발명은 콘테이너 또는 탱크내에 수소를 저장하기 위한 수소 저장수단으로서 금속수소화물을 포함한다. 본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 저장 수단은 물리적으로 지지 수단에 접합된 위에 기재된 수소 저장 합금재료를 포함한다. 일반적으로, 지지 수단은 저장 합금 재료를 유지할 수 있는 어떤 구조의 형태도 취할 수 있다. 지지 수단의 예로서는 메시(mesh), 그리드, 매트(matte), 호일(foil), 폼(foam) 및 플레이트(plate)를 포함하지만, 그것들에 한정되는 것은 아니다. 각각은 금속 또는 비금속으로 존재될 수 있다.The present invention includes metal hydrides as hydrogen storage means for storing hydrogen in containers or tanks. In one embodiment of the present invention, the storage means comprises the above-described hydrogen storage alloy material physically bonded to the support means. In general, the support means may take the form of any structure capable of holding a storage alloy material. Examples of supporting means include, but are not limited to, mesh, grid, matte, foil, foam and plate. Each may be present as a metal or a nonmetal.

지지 수단은, 필요한 열전달 매카니즘(heat transfer mechanism)을 제공할 수 있는 적합한 열역학적 특성(thermodynamic characteristics)을 갖는 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 이들은 금속 및 비금속재료 모두를 포함한다. 바람직한 금속은 Ni, Al, Cu, Fe와 그것들의 혼합물 또는 합금으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것을 포함한다. 금속으로부터 생성될 수 있는 지지 수단의 예들은 와이어 메시(wire mesh), 익스팬디드 메탈(expanded metal), 해면상 금속(foamed metal)을 포함한다.The support means can be made of various materials with suitable thermodynamic characteristics that can provide the required heat transfer mechanism. These include both metal and nonmetallic materials. Preferred metals include those selected from the group consisting of Ni, Al, Cu, Fe and mixtures or alloys thereof. Examples of support means that can be produced from the metal include a wire mesh, expanded metal, foamed metal.

수소 저장 합금 재료는 압축고화(compaction) 및/또는 소결 공정에 의해 지지 수단에 물리적으로 접착될 수 있다. 합금 재료를 우선 미세 분말로 만든다. 그 후, 분말을 지지 수단위 에서 압축고화한다. 압축고화공정에 의해 분말이 지지수단에 부착되어 지지 수단의 일체부분이 된다. 압축고화공정 후에, 합금 분말이 부착되어진 지지 수단을 예열하고 그리고 나서 소결한다. 예열 공정은 과잉 수분을 유리시키고 합금 분말의 산화를 억제한다. 소결은 높은 온도, 수소를 포함하는 실질적으로 비활성 분위기에서 실행된다. 온도는 합금재료의 입자 대 입자 결합(particle-to-particle bonding) 및 합금재료의 지지 수단과의 결합을 일으킬 정도로 충분히 높다.The hydrogen storage alloy material may be physically attached to the support means by a compaction and / or sintering process. The alloy material is first made into a fine powder. Thereafter, the powder is compressed and solidified in the number of supporting units. The powder is attached to the supporting means by the compression solidification process to become an integral part of the supporting means. After the compression solidification step, the support means to which the alloy powder is attached is preheated and then sintered. The preheating process releases excess moisture and inhibits oxidation of the alloy powder. Sintering is carried out at a high temperature, substantially inert atmosphere containing hydrogen. The temperature is high enough to cause particle-to-particle bonding of the alloying material and bonding with the support means of the alloying material.

지지 수단/합금 재료는 용기/탱크 안에서 많은 다른 배열체로 패키지 될 수 있다. 도 9는 지지 수단/합금 재료가 나선형으로 감겨 코일을 형성하는 배열체를 보여준다. 도 10은 지지 수단/합금 재료가 용기내에 복수의 적층 디스크들로서 조립되어 있는 변형의 배열체를 보여준다. 다른 배열체도 또한 가능하다(예컨데, 적층금속판들).The support means / alloy material may be packaged in many different arrangements within the container / tank. 9 shows an arrangement in which the support means / alloy material are spirally wound to form a coil. 10 shows an arrangement of variants in which the support means / alloy material is assembled as a plurality of laminated disks in a container. Other arrangements are also possible (eg laminated metal plates).

지지수단 위에 있는 합금재료을 압축고화하고 소결함으로써, 수소저장시스템의 패킹 밀도 및 열역학적이고 반응속도적인 특성이 향상된다. 지지 수단과 합금 재료간의 밀접한 접촉은, 수소가 흡수되고 탈착될 때 수소 저장합금재로의(로부터의) 열의 전달 효율을 향상시킨다. 부가적으로, 용기의 내부에 걸쳐서 지지 수단을 균등하게 분포시킴으로써 합금재의 층(bed) 전체에 걸쳐서 균등한 온도 및 열 분포가 이루어진다. 이 결과로 전체에 걸쳐 더욱 균일한 비율로 수소 흡수 및 탈착이 이루어 지고 이로 인하여 더 효율적인 에너지 저장 시스템이 만들어 진다. By compression-solidifying and sintering the alloying material on the support means, the packing density and thermodynamic and reaction rate characteristics of the hydrogen storage system are improved. Close contact between the support means and the alloy material improves the efficiency of heat transfer to and from the hydrogen storage alloy material when hydrogen is absorbed and desorbed. In addition, an even temperature and heat distribution is achieved over the entire bed of alloy material by evenly distributing the support means over the interior of the container. The result is a more even rate of hydrogen absorption and desorption throughout, resulting in a more efficient energy storage system.

수소 저장 층들에서 (지지 수단이 없이) 합금분말만을 사용할 때의 하나의 문제점은 입자 크기의 감소로 인한 자체-압축고화(self-compaction)의 문제점이다. 즉, 반복되는 수소화 및 탈수소화의 사이클 동안에, 합금 재료들은 수소를 흡수하고 탈착함에 따라서 팽창하고 수축한다. 일부 합금재료들은 재료격자로의 수소 도입 및 재료격자로부터의 수소 방출의 결과로, 25 부피% 만큼 팽창 및 수축하는 것으로 밝혀졌다. 합금재료들의 치수 변화의 결과로써, 합금재료들은, 균열이 생기고 부서지고 보다 미세한 입자로 분쇄된다. 반복 사이클 후에, 미세 입자들은 자체-압축고화되어, 저장 용기의 벽들에 대하여 배향된 고응력 뿐만아니라 불충분한 수소 전달을 일으킨다.One problem when using alloy powders alone (without supporting means) in hydrogen storage layers is that of self-compaction due to the reduction of particle size. That is, during repeated cycles of hydrogenation and dehydrogenation, alloying materials expand and contract as they absorb and desorb hydrogen. Some alloying materials have been found to expand and contract by 25% by volume as a result of the introduction of hydrogen into the material lattice and the release of hydrogen from the material lattice. As a result of the dimensional change of the alloying materials, the alloying materials are cracked, broken and crushed into finer particles. After the repetitive cycle, the fine particles are self-compressible, resulting in insufficient hydrogen transfer as well as high stress oriented relative to the walls of the storage vessel.

그러나, 합금 재료를 지지수단 상에 접착하는 데 사용되는 공정들은, 흡수 및 탈착 사이클 동안 합금 입자들이 지지수단 뿐만아니라 서로에 대하여 단단하게 결합된 상태로 유지시킨다. 게다가, 지지수단을 용기 내에 단단한 패키징하는 것은 재료의 팽창, 수축 및 파괴 동안에, 합금 입자들을 정 위치에 유지시키는 기계적 지지물로서의 역할을 한다.However, the processes used to bond the alloying material onto the support means keep the alloy particles firmly bonded to each other as well as to the support means during the absorption and desorption cycles. In addition, the rigid packaging of the support means in the container serves as a mechanical support to hold the alloy particles in place during expansion, contraction and destruction of the material.

본 합금 및 저장 재료 시스템은 많은 응용 장치에 수소를 공급하는데 유용하다. 이러한 응용의 하나는 자동차 분야이다. 구체적으로는, 시스템들은 내연기관엔진(ICE) 차량 또는 연료전지(FC) 차량용 수소 원으로 사용될 수 있다.The present alloy and storage material systems are useful for supplying hydrogen to many applications. One such application is in the automotive sector. Specifically, the systems can be used as a hydrogen source for an internal combustion engine engine (ICE) vehicle or fuel cell (FC) vehicle.

도 11은 수소 내연기관(1)에 수소 가스를 공급하기 위한, ICE 차량용 수소 가스 공급 시스템의 개략적인 도면을 나타낸다. 이 시스템은 수소가스 저장부(2)및, 내연기관(1)으로부터 수소 가스 저장부(2)로 (배기 가스 또는 내연기관 냉각액의 형태로) 방출된 내연기관 폐열을 유도하는 내연기관 폐열 전달 공급 통로(3)를 갖는다. 또한, 이 시스템은 수소 저장 재료를 가열하는데 사용된 모든 내연기관 냉각액을 다시 내연기관(1)으로 복귀시키기 위한 복귀 통로(4) 및, 사용된 배기 가스를 방출하기 위한 배출 가스 관(7)을 포함한다. 이 시스템은 수소 가스 저장부(2)로부터 내연기관(1)으로 수소가스를 유도하는 수소 가스 공급 통로(5)를 더 포함한다. 내연기관 폐열전달공급통로(3)는 수소가스 저장부(2)로 도입될 폐열의 온도를 조절하는 온도조절부(6)을 구비하고 있다. 이러한 시스템에서, ICE내에서 발생된 폐열은 수소저장재를 가열하여 ICE에 사용하기 위해 수소저장재로부터 수소를 방출하기 위하여 효율적으로 사용될 수 있다.FIG. 11 shows a schematic view of a hydrogen gas supply system for an ICE vehicle for supplying hydrogen gas to the hydrogen internal combustion engine 1. This system supplies the internal combustion engine waste heat transfer supply which induces the internal combustion engine waste heat discharged (in the form of exhaust gas or internal combustion engine coolant) from the hydrogen gas storage section 2 and the internal combustion engine 1 to the hydrogen gas storage section 2. Has a passage (3). The system also includes a return passage 4 for returning all internal combustion engine coolant used to heat the hydrogen storage material back to the internal combustion engine 1 and an exhaust gas pipe 7 for releasing the exhaust gas used. Include. The system further comprises a hydrogen gas supply passage 5 for inducing hydrogen gas from the hydrogen gas storage 2 to the internal combustion engine 1. The waste heat transfer supply passage 3 of the internal combustion engine has a temperature controller 6 for controlling the temperature of waste heat to be introduced into the hydrogen gas storage unit 2. In such a system, waste heat generated in the ICE can be efficiently used to heat the hydrogen reservoir and release hydrogen from the hydrogen reservoir for use in the ICE.

도12는 FC 차량용 수소가스공급시스템의 개략도이며, 이 시스템은 연료셀(8)에 수소가스를 공급하는 데 사용된다. 시스템은 수소가스저장부(12) 및, 연료전지폐열과 연료셀(8)로부터 방출된 미사용된 수소를 수소가스 연소기(10)로 안내하는 연료전지 폐열/수소 전달 공급통로(9)는 갖는다. 연료전지로부터의 폐열은 가열된 가스 또는 가열된 수용성 전해질의 형태를 가질 수 있다. 수소연소기(10)는 연료전지(8)로부터의 폐열을 이용하고, 또한 수소를 연소시켜 열전달매체(바람직하게는 연료전지로부터의 수용성 전해질의 형태인)를 가열한다. 수소는 연료전지(8)로부터의 미사용 수소로, 그리고 수소저장부(12)로부터 수소공급선(14)을 통해 공급된 신선한 수소로, 연소기(10)에 공급되어진다. 가열된 열전달매체는 공급선(13)을 통해 수소저장부(12)에 공급된다. 시스템은 또한 수소저장재를 가열하는 데 사용된 어떤 연료전지 수용성 전해질을 연료전지(8)로 재 복귀시키기 위한 복귀통로(16) 및 사용된 연소기가스를 방출하기 위한 배출가스관(15)를 포함한다. 시스템은 추가적으로 수소가스저장부(12)로부터 연료전지(8)로 수소가스를 안내하는 수소가스공급통로(11)를 포함한다.12 is a schematic diagram of a hydrogen gas supply system for an FC vehicle, which is used to supply hydrogen gas to the fuel cell 8. The system has a hydrogen gas storage unit 12 and a fuel cell waste heat / hydrogen transfer supply passage 9 which directs the fuel cell waste heat and unused hydrogen released from the fuel cell 8 to the hydrogen gas combustor 10. Waste heat from the fuel cell may take the form of a heated gas or a heated aqueous electrolyte. The hydrogen burner 10 utilizes waste heat from the fuel cell 8 and also burns hydrogen to heat the heat transfer medium (preferably in the form of a water-soluble electrolyte from the fuel cell). Hydrogen is supplied to the combustor 10 as unused hydrogen from the fuel cell 8 and with fresh hydrogen supplied from the hydrogen storage 12 through the hydrogen supply line 14. The heated heat transfer medium is supplied to the hydrogen storage unit 12 through the supply line 13. The system also includes a return passage 16 for returning any fuel cell water soluble electrolyte used to heat the hydrogen reservoir to the fuel cell 8 and an exhaust gas pipe 15 for releasing the combustor gas used. . The system further includes a hydrogen gas supply passage 11 for guiding hydrogen gas from the hydrogen gas storage 12 to the fuel cell 8.

본 발명은 바람직한 실시예들과 그의 순서와 관련하여 설명되었지만, 그것은 본 발명을 그 실시예와 순서에 한정할 의도는 없다는 것을 알 수 있을 것이다. 반대로, 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범위내에서 포함될 수 있는 모든 변형예들, 개량예들 및 균등물을 본 발명은 카버한다.While the present invention has been described in connection with the preferred embodiments and their order, it will be appreciated that it is not intended to limit the invention to the embodiments and order. On the contrary, the invention covers all modifications, improvements and equivalents that may be included within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (19)

수소동력차량장치로서, 상기 장치는A hydrogen power vehicle apparatus, wherein the apparatus 수소 또는 연료 전지에 의해 연료공급되는 하나 또는 하나 이상의 내연기관; 및One or more internal combustion engines fueled by hydrogen or fuel cells; And 상기 내연기관에 동작적으로 상호연결된 수소저장수단을 포함하며, 상기 수소저장 수단은 수소저장 합금분말을 포함하는 것으로서 상기 수소저장 수단은And hydrogen storage means operatively interconnected to the internal combustion engine, wherein the hydrogen storage means comprises a hydrogen storage alloy powder. a) 적어도 6 중량%의 수소저장 용량; 및a) at least 6 weight percent hydrogen storage capacity; And b) 상기 합금분말은 그의 총 용량의 80%를 300℃에서 5분내에 흡수할 정도의 흡수 속도특성에 의해 특징지어지는 수소저장 합금분말을 포함하는 수소동력차량 장치.b) wherein said alloy powder comprises a hydrogen storage alloy powder characterized by an absorption rate characteristic such that 80% of its total capacity is absorbed at 300 ° C. within 5 minutes. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 0.5~2.5 중량% 니켈, 1.0 ~ 4.0 중량% 미쉬 금속, 및 93.5~98.5 중량% 마그네슘을 포함하며 상기 미쉬금속은 주 원소로 Ce, La, 및 Pr을 포함하는 수소동력차량장치.2. The alloy of claim 1, wherein the alloy comprises 0.5-2.5 wt% nickel, 1.0-4.0 wt% misch metal, and 93.5-98.5 wt% magnesium, wherein the misch metal comprises Ce, La, and Pr as main elements. Hydrogen powered vehicle device. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 합금은 0.5~2.5 중량% 니켈, 1.0 ~ 4.0 중량% 미쉬 금속, 3~7중량% Al, 0.1~1.5중량% Y, 0.3~1.5 중량% 실리콘, 및 83.5~95.1중량% 마그네슘을 포함하는 수소동력차량장치.The method of claim 1, wherein the alloy is 0.5-2.5 wt% nickel, 1.0-4.0 wt% misch metal, 3-7 wt Al, 0.1-1.5 wt% Y, 0.3-1.5 wt% silicon, and 83.5-95.1 weight Hydrogen powered vehicle device containing% magnesium. 제 1항에 있어서, 상기 합금은 91.0 중량 % Mg, 0.9 중량 % Ni, 5.6 중량% Al, 0.5 중량% Y 및 2.0 중량% 미쉬금속을 포함하는 수소동력차량장치. The hydrogen power vehicle apparatus according to claim 1, wherein the alloy comprises 91.0 wt% Mg, 0.9 wt% Ni, 5.6 wt% Al, 0.5 wt% Y, and 2.0 wt% misch metal. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 95.6중량% Mg, 1.6중량% Ni, 0.8중량% Si 및 2.0 중량% 미쉬 금속을 포함하는 수소동력차량장치. The hydrogen power vehicle apparatus according to claim 1, wherein the alloy comprises 95.6 wt% Mg, 1.6 wt% Ni, 0.8 wt% Si, and 2.0 wt% misch metal. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 95중량% Mg, 2중량% Ni 및 3.0 중량% 미쉬 금속을 포함하는 수소동력차량장치.The hydrogen power vehicle apparatus according to claim 1, wherein the alloy comprises 95 wt% Mg, 2 wt% Ni, and 3.0 wt% misch metal. 마그네슘 기본 수소저장 합금분말로서, 상기 분말은:As a magnesium based hydrogen storage alloy powder, the powder is: a) 적어도 6 중량%의 수소저장 용량; 및 a) at least 6 weight percent hydrogen storage capacity; And b) 상기 합금분말은 그의 총 용량의 80%를 300℃에서 5분내에 흡수할 정도의흡수 속도특성에 의해 특징지어지는 마그네슘 분말을 포함하는 마그네슘 기본 수소저장 합금분말.b) The magnesium basic hydrogen storage alloy powder comprising magnesium powder characterized by an absorption rate characteristic of absorbing 80% of its total capacity at 300 ° C. within 5 minutes. 제 10 항에 있어서, 상기 합금은 0.5~2.5 중량% 니켈, 1.0 ~ 4.0 중량% 미쉬 금속, 및 93.5~98.5중량% 마그네슘을 포함하며 상기 미쉬 금속은 주 원소로 Ce, La, 및 Pr을 포함하는 마그네슘 기본 수소 저장 합금분말.The alloy of claim 10, wherein the alloy comprises 0.5 to 2.5 wt% nickel, 1.0 to 4.0 wt% misch metal, and 93.5 to 98.5 wt% magnesium, and the misch metal comprises Ce, La, and Pr as main elements. Magnesium basic hydrogen storage alloy powder. 삭제delete 삭제delete 제 10항에 있어서, 상기 합금은 0.5~2.5 중량% 니켈, 1.0 ~ 4.0 중량% 미쉬 금속, 3~7중량% Al, 0.1~1.5 중량% Y, 0.3~1.5 중량% 실리콘, 및 83.5~95.1중량% 마그네슘을 포함하는 마그네슘 기본 수소 저장 합금 분말.The alloy of claim 10 wherein the alloy comprises 0.5-2.5 wt% nickel, 1.0-4.0 wt% misch metal, 3-7 wt Al, 0.1-1.5 wt% Y, 0.3-1.5 wt% silicon, and 83.5-99.5 weight. Magnesium Base Hydrogen Storage Alloy Powder Containing% Magnesium. 제 10항에 있어서, 상기 합금은 91.0중량% Mg, 0.9중량% Ni, 5.6중량% Al, 0.5중량% Y 및 2.0 중량% 미쉬 금속을 포함하는 마그네슘 기본 수소 저장 합금 분말. The magnesium based hydrogen storage alloy powder of claim 10, wherein the alloy comprises 91.0 wt% Mg, 0.9 wt% Ni, 5.6 wt% Al, 0.5 wt% Y, and 2.0 wt% misch metal. 제 10항에 있어서, 상기 합금은 95.6 중량% Mg, 1.6 중량% Ni, 0.8중량% Si, 및 2.0 중량% 미쉬 금속을 포함하는 마그네슘 기본 수소 저장 합금 분말. The magnesium based hydrogen storage alloy powder of claim 10, wherein the alloy comprises 95.6 wt% Mg, 1.6 wt% Ni, 0.8 wt% Si, and 2.0 wt% misch metal. 제 10 항에 있어서, 상기 합금은 95 중량% Mg, 2 중량% Ni, 및 3.0 중량%의 미쉬 금속을 포함하는 마그네슘 기본 수소 저장 합금.The magnesium based hydrogen storage alloy of claim 10, wherein the alloy comprises 95 wt.% Mg, 2 wt.% Ni, and 3.0 wt.% Misch metal. 삭제delete 삭제delete
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